TW379279B - Heat recovery steam generator - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（1 ) 本發明之背景 本發明係有關於熱回收式水蒸氣產生器，並且更特別是 有關於它們之水流管路。熱回收式水蒸氣產生器用於一燃 氣輪機或類似熱源所含之熱之回收、再將水轉化爲水疼氣 。爲使整體熱回收之效率最佳化，它們包含—個或數個在 選定之壓力下操作之水蒸氣產生管路。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -- — —I--------裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 依據水在蒸發器管線内之循環方式之不同，鍋爐基本上 可區分爲三種。這三種循環方式爲自然循環、強制循環及 單程流通式（once-through flow)。前二設計通常設置有水/ 蒸氣圓筒’而备氣與水即在該圓筒中進行分開。在這二種 設計中，在該圓筒中之水經由降流管及入口集箱提供到每 一蒸發器。進給到這些管路之水將熱由該燃氣輪機之排氣 系統中回收、且轉化爲一水/蒸氣之混合物。該混合物被收 集後再被排入該圓筒之中。在該自然循環設計中，熱虹吸 效應（thermal siphon effect)可保證或充分提供。在該蒸發 备管路應至’少具有一取小之循環速率才可使其流動，而這 最小循環速率則取決於該工作壓力及一局部熱通量。一強 制循環鍋爐亦採類似之設計。這二種循環方式之主要不同 之處係在不同之管路大小及循環幫浦之使用，而這循環幫 浦可提供驅動力來克服該系統之壓力降落。 在自然及強制循環設計中，該循環速率及在該蒸發管路 之質量速度（mass velocity)係足夠地快以保證蒸發僅發生 於該核心沸騰區之中。這沸騰在約呈不變之壓力（溫度不變 之時）之下發生、且其特色在於該沸騰區之一高的熱傳遞係 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS>A4規格（210 X 297公爱） A7 B7 五、發明說明（2 ) 數。這二因素導致較小蒸發表面之需要。雖然這可使蒗發 器之價格降低，但一整套之循環系統之價格仍十分高，這 乃導因於必需具備不同之各個部分如圓筒、降流管、循環 管、各種閥門及管路與相關之結構上之支撐鋼材。 衣 第三種鍋爐之類型係單程流通式水蒸氣產生器。這類役 計不包含圓筒^因它們之體積較，卜，所以較—強制循^ 計或一自然循環設計之循環部分要便宜。在正常操作時， 這種設計之鍋爐並無水之循環。該鍋爐中可設置去礦化器 (Demineralizers)以將可溶於水之鹽由進給水中去除。這種 單程流通式水蒸氣產生器在基本上之形式僅爲—段含有由 幫浦送入之水之管子。當熱被吸入後，流入該管子中之水 轉化爲备氣且被過熱化（superheated)而達一所需之溫度。 沸騰並不在不變之壓力下發生（飽和溫度非維持不變），所 以這種設計會導致一較低之對數之溫度差，這對數溫度差 代表的是在熱氣體及水及/或蒸氣間之有效差。另外，因爲 該液體之芫全乾涸係無可避免的，在單程流通式設計中， 在熱傳導係數範圍内管予隨著蒸氣之品質達到臨界値而劣 化一該管子之内壁不再被濕潤，且薄膜沸騰（film b〇iling) 之熱傳導係數之大小僅爲該核心沸騰之熱傳導係數之幾分 之一。於疋，及較低之對數溫度差及較小之管内熱傳導係 數導致需要一較大之蒸發面積。 爲了將加熱面積之增加減至最小，可將蒸發表面管路之 數量減至最少之方式來達到較高之質量速度。然而，爲達 一適當高之熱傳導係數所需之該較高速度會導致一較大之 -5- 本紙張尺度過用τ國圈豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公髮） —一 —一------ί ·裝—— <請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂.- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 壓力損失、較高之飽和溫度及一更爲降低之對數溫度差。 它對於表面積需要之影響係取決於操作壓力，而它對於具 有超過400 psig操作壓力之設計之影響較小。然而，其對 於具有低於400 psig操作壓力之設計則有較顯著之影響。 這也就使得這種單程流通式設計不適用於低壓力之應用。 本發明之概要 本發明係有關於一熱回收式水蒸氣產生器，並且更特別 是有關於一改良之水流管路，該管路具有提高整體之效率 。本發明具有一混成式（hybrid)熱回收式水蒸氣產生器— 係包含一循環圓筒式管路及一單程流通式管路，於是具有 這二種管路之優點而無它們之一些缺點。更特殊的是，本 發明具有一整合系統，其中自然或強制循環之目的係由一 低壓蒸發管之設置來達成，而單程流通式流動則由—高壓 蒸發之設置來達成。 附圖之簡略說明 圖1係圖示一水平佈置之熱回收式水蒸氣產生器之一斜 .視圖。 圖2係圖示使用自然循環設計之本發明之一水蒗氣產生 备流動管路之一流動示意圖。 圖3係圖示類似於圖2之一流動示意圖，但使用的爲強 制循環設計。 圖4係圖示另一流動示意圖，顯示本资明之一辦'化。 較佳實施例之説明 圖1所示係一具有一般設計之典型式熱回收水蒸氣產生 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ------------r -I--------訂- ~'請先閱"背面<注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（4 ) 器10之斜視圖。本產生器係水平式的，但本發明亦可應用 於垂直之氣體流動。這種熱回收水蒸氣產生器可使用於一 具有溫度在425 °C到670 °C之間且具有相當多之熱可供回 收之燃氣輪機之熱回收。所產生之水蒸氣可用來驅動一具 有一水态氣輪機之發電機或可用爲"流程水蒸氣’’（p r 〇 c e s s steam) ° 該熱回收水蒸氣產生器10包含一擴張過渡通道12，經 由該通道該氣流由入口通道擴散於具有較大橫截面之熱傳 遞表面。該熱傳遞表面包含數支排形管14、16、18、20 及2 2。例如，這些排形管可以各爲低壓節熱器（管）、低壓 蒸發器、高壓節熱器、高壓蒸發器及高壓過熱器。圖1亦 顯示出一水蒸氣圓筒24及通氣管26。本發明係與這熱交 換表面在操作上之佈置有關連。 圖2係以示意之方式來顯示本發明之一具體實施例之熱 交換表面之佈置。先談進給水。該低壓進給水2 8被注入該 收集/分配集箱30 ，而該高壓進給水32則被注入該收集/ .分配集箱34。該低壓進给水然後由該集箱30被注入該低 壓節熱器排管（由該管路3 6代表之）之中，而該高|進给水 則再由該集箱34被注入該高壓節熱器排管（由該管路38代 表之）之中。已被部分地加熱由該低壓節熱器排管3 6流來 之低壓流被收集於該集箱4 0之中，而已被部分地加熱由該 高壓節熱器排管38流來之高壓流則被收集於該集箱42之 中。 已被部分地加熱由該集箱40流來之低壓流經由管線44 私紙張尺度適用中國國家標準（CNs)A4規格（210 X 297公釐 -----------< ·裝--------訂. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明說明（5 ) 被注入該低壓水蒸氣圓筒46。該水蒸氣圓筒之功用即其常 規之功用-將水蒸氣由液體内分離出，這點在下文中會加以 解説。水蒸氣被分離出之水由該水蒸氣圓筒48經由該降流 管48被排入該分配集箱50。由該集箱50而來之水流在流 經該低壓蒸發器52時，會有蒸發之現象。在該低壓蒸發器 52中之流動之方向可爲水平式或向上式。該水蒸氣（很可能 爲飽和之水蒸氣）被收集於該集箱54再經由管線56被注入 該水蒸氣圓筒46。由該進給管56及54而來之進給流在該 水蒸氣圓筒中46相混合，其中之水蒸氣則在58被排出， 其中之液態水則經由降流管4 8被排出。我們可明瞭這低壓 管路係一自然循環管路，其中之流動係由在降流管及蒸發 管路中液體之密度之不同所造成或驅動。 現在我們詳述該高壓單程流通式管路。已被部分地加熱 由該收集集箱42流來之高壓蒸氣60被注入以串聯方式連 接之該第二高恩節熱排管6 2、該高壓蒸發器6 4及該高壓 過熱器66。在該高壓蒸發器中之流動方向可爲向上、水平 ,或向下。每一蒸發排管64之入口可佈置有小孔68以增加 流動之穩定性。一中間集箱70係位於該蒸發器64及該高 壓過熱器66之間、且可增加穩定性及將因小孔所產生之壓 力下降減至最低。這中間集箱70可減低該高壓蒸發器64 之管線之壓力下降、且可將在該過熱器66中因流動或熱所 造成之擾動對於該蒸發器64影響減至最低。該過熱之蒸氣 再由該集箱72收集及排出。我們可瞭解這由該高壓進給32 到該出口集箱72之高壓管路係一單程流通式管路。 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -----------ί 裝--------訂· (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Λ ΒΤ 五、發明说明（6 ) 圖3係幾乎與圖2完全一樣之熱回收水荻翕 _ …死產生器之流 動佈置示意圖，但該低壓管路係一強制循環昝 农g路一因為加 裝了該循環幫浦74。 圖4係本發明之另一變化，其中原有之該單程流通式高 壓管路已變為該低壓強制循環管路。我們可以明瞭，^ $ 水2 8先流入該分配集箱3 0再進入該低壓節熱排管3 6 因 為該低壓進給水28之量增加了’該低壓節熱器之加熱能 力亦須增加一這可由二支低壓節熱器（管）36來表示。兮低 壓節熱器之流出之水液被收集於4 0。就如同圖3之實施例 一樣’全部由該低壓節熱器流出之水流都經由管線44流 入該条氣圓筒4 6之中。這本實施例之中，由該蒸氣圓筒 流入該降流管4 8之液體被分為二路—低壓流及一高壓流 。要流入該低壓強制循環管路之液體則流入一循環幫浦 7 4然後以一低壓形態來循環’就如同圖3之情形一樣。 要流入南壓單程流通式管路之液體則在7 6經由一分開 之降流管系統被吸入到泫tij壓進給水幫浦7 8 、再以高壓 之形態被注入到該分配集箱80。之後該高壓單程流通式 管路之設計則與圖2及圖3中之相對部分完全一樣。 我們可以明暸到本發明係一混成式熱回收水蒸氣產生 器，該產生器具備了 一循環/圓筒式設計及一單程流通式 設計之優點。與一傳統之自然/強制循環設計或一單程流 通式設計相比較’本發明亦提供了造價上之優勢。 __________ __________~ 9 - 本紙張尺度適用中國國家標攀（CNS ) A4( 210x 247,» ^ j' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 1. 一種熱回收水蒸氣產生器，其中熱係經由蒸氣產生管路 與一熱氣體進行熱交換接觸而被回收，該蒸氣產生管路 包含下列組合： a. —於第一壓力操作之再循環管路，該管路包含一低壓 節熱器部分、一低壓蒸發器邵分及一蒸發分離圓筒， 該圓筒可將自液態水輸出之一低壓水蒸氣加以分離出 ，該管路進一步包含經由該低壓蒸發器部分再循環自 該圓筒分離之液態水之裝置，及 b. —於高於該第一壓力之第二壓力操作之單程流通式管 路，該管路包含一具有複數個平行管線之高壓節熱器 部分、一具有複數個平行管線之高壓蒸發器部分及一 高壓過熱器部分，該過熱器部分具有複數個平行管線 以產生一高壓水蒸氣之輸出。 2. 根據申請專利範圍第1項之熱回收水蒸氣產生器，其中 該單程流通式管路包含一置於該高壓蒸發部分之管線與 該高壓過熱器部分之管線之間之一壓力均衡化集箱。 3. 根據申請專利範圍第1項之熱回收水蒸氣產生器，其中 該單程流通式管路包含位於該高壓蒸發器部分之每一管 線之入口處之流動穩定化小孔。 4. 根據申請專利範圍第1項之熱回收水蒸氣產生器，其中 再循環自該圓筒分離之液態水之該裝置包含一自然循環 降流管。 5. 根據申請專利範圍第1項之熱回收水蒸氣產生器，其中 再循環自該圓茼分離之液態水之該裝置包含一強制循環 __-10- ___ 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I- I - 1. . --=! -- - - --1 i—li - -!- 一- - I - - --1-1 - ~ J-OJI I- .1 - 1»1 —^1— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ABCD 六、申請專利範圍 幫浦。 6.根據申請專利範圍第1項之熱回收水蒸氣產生器，其中 該單程流通式管路包含一裝置，該装置係用以抽出並增 加來自該再循環自該圓筒分離之液態水之裝置之一入口 進給處壓力。 I 裝 訂 ： f····1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -11 - 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）